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1、博士學位論文納米碳/環(huán)氧形狀記憶聚合物復合材料的制備及微波驅(qū)動性能研究SYNTHESISANDMICROWAVEACTUATIONPROPERTIESOFNANOCARBON/EPOXYSHAPE-MEMORYPOLYMERCOMPOSITES陳壘哈爾濱工業(yè)大學2018年4月國內(nèi)圖書分類號：TB332學校代碼：10213國際圖書分類號：621密級：公開工學博士學位論文納米碳/環(huán)氧形狀記憶聚合物復合材料的制備及微波驅(qū)動性能研究博士研究生：陳壘導師：劉彥菊教授申請學位：工學博士學科：固體力學所在單位：航天學院答辯日期：2018年1月授予
2、學位單位：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:TB332U.D.C:621DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSYNTHESISANDMICROWAVEACTUATIONPROPERTIESOFNANOCARBON/EPOXYSHAPE-MEMORYPOLYMERCOMPOSITESCandidate：LeiChenSupervisor：Prof.YanjuLiuAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality
3、：SolidMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：January,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要形狀記憶聚合物（SMP）是一類可以保持暫時形狀，并在外界刺激下回復到初始形狀的聚合物，具有密度小、成本低、變形大、生物相容性好等優(yōu)點，因而近年來引起了智能材料科學家們的強烈興趣。與其它類型的SMP相比，環(huán)氧基SMP（ESMP）擁有較高的力學強度、較強的環(huán)境耐久性和較低的
4、合成成本，因而在航空航天等領域具有巨大的潛在應用價值。然而，ESMP的力學強度、熱穩(wěn)定性、驅(qū)動方式等性能指標并不能滿足其在航空航天等領域的實際應用要求。為了增強ESMP的力學強度、提高其熱穩(wěn)定性、拓展其驅(qū)動方式，本論文選擇幾種結構不同的碳納米材料作為增強相或功能相，添加到ESMP基體中合成納米復合材料，研究所制備納米復合材料的微觀結構、力學和形狀記憶等性能，為ESMP的實際應用提供有價值的參考。通過剝離氧化石墨（GO）制備熱還原氧化石墨（TrGO），并分別通過溶液混合法和三輥混合法制備TrGO/ESMP納米復合材料（TrGO質(zhì)量分數(shù)
5、1%）。系統(tǒng)比較了兩種方法合成的TrGO/ESMP納米復合材料的微觀結構、力學性能、熱穩(wěn)定性和熱驅(qū)動形狀記憶等性能。研究了TrGO的質(zhì)量分數(shù)（1%~3%）對TrGO/ESMP納米復合材料（三輥混合法制備）結構與性能的影響。通過拉伸實驗和三點彎曲實驗表征TrGO/ESMP納米復合材料的力學性能，利用動態(tài)力學分析（DMA）表征復合材料的熱力性能，利用熱重分析（TGA）研究復合材料的熱穩(wěn)定性，通過熱驅(qū)動形狀回復實驗研究TrGO的添加對ESMP形狀記憶性能的影響。通過研究化學氣相沉積法（CVD）生長碳納米管（CNTs）陣列過程中生長溫度對陣
6、列高度及有序性的影響，優(yōu)化了CNTs陣列的生長溫度。通過溶液滲透法將形狀記憶環(huán)氧樹脂灌注進CNTs陣列，繼以熱聚合，合成CNTs陣列/ESMP納米復合材料。通過掃描電子顯微鏡觀察該復合材料中CNTs的分布取向性，并與機械攪拌法制備的無序CNTs/ESMP復合材料相對比。通過納米壓痕實驗比較純ESMP、無序CNTs/ESMP復合材料和CNTs陣列/ESMP復合材料的模量和硬度。通過記錄以上三種材料在微波輻射中的升溫速率比較它們的微波加熱性能。通過微波驅(qū)動形狀回復實驗研究無序CNTs或CNTs陣列對ESMP微波驅(qū)動形狀記憶性能的影響。研
7、究表明，CNTs陣列/ESMP納米復合材料具有比純ESMP和無序CNTs/ESMP復合材料更短的形狀回復時間。通過三輥混合法制備了由ESMP和不同維度的碳納米材料（零維碳黑CB、I摘要一維多壁碳納米管MWCNTs、二維石墨納米板GNPs，和三維功能化石墨烯片F(xiàn)GSs）構成的微波響應性納米復合材料。利用掃描電子顯微鏡觀察碳納米材料在ESMP基體中的分散狀態(tài)及填料-基體的界面結合情況。利用拉伸和三點彎曲實驗比較四種碳納米材料對ESMP的力學增強效應。通過記錄材料在微波輻射中的升溫情況比較材料的微波加熱性能，研究表明FGSs/ESMP復合
8、材料的升溫速率最快。通過微波驅(qū)動形狀回復實驗比較材料的微波驅(qū)動形狀記憶性能?；谒姆N碳納米材料的結構及其在ESMP中的分散狀態(tài)，深入探討微波在納米復合材料中傳播與吸收的可能機理。關鍵詞：環(huán)氧；形狀記憶；納米復合材料；碳納米管；石墨烯；
